【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第四章含氮的有機(jī)化合物

§4-1硝基化合物

【01】前面我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過烴、烴的衍生物和碳水化合物。它們的成分里，主要含的是碳和氫或碳、氫和氧（鹵代烴還含有鹵素）?，F(xiàn)在我們要來學(xué)習(xí)一類，成分里除碳、氫、氧外，還含有氮的有機(jī)化合物。它們就叫做含氨的有機(jī)化合物，簡稱含氨有機(jī)物。

【02】檢驗(yàn)有機(jī)物里是否含有氮元素的方法，一般是破壞它的分子，把分解后游離出來的氮，變成易于檢定的化合物。如在試管里以少量尿素和等量的堿石灰混和加熱，尿素中的氮元素就會(huì)跟氫元素結(jié)合成氨氣放出來，可以嗅到氨氣的臭味；也可以在試管口放上潤濕的紅色石蕊試紙檢試，它會(huì)變成藍(lán)色。這都證明尿素中有氮存在。

【03】含氮有機(jī)物很多，象用做氮肥的尿素、大部分的染料和炸藥，以及蛋白質(zhì)等等都是。它們對(duì)人類的生命和日常生活，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防都有非常密切的關(guān)系。我們現(xiàn)在學(xué)習(xí)其中重要的幾類。它們是硝基化合物、胺、酰胺和蛋白質(zhì)。此外還要學(xué)習(xí)一些有機(jī)肥料的知識(shí)。

【04】在前幾章的學(xué)習(xí)中，我們也曾學(xué)到過含有氮的個(gè)別化合物，如硝化甘油C?H?(ONO?)?(§2-5)【山注，化4-2-05第08段，傳送門CV22261579】和硝化纖維[C?H?O?(ONO?)?]n(§3-3)【山注，化4-3-03第20段，傳送門CV22317724】等。我們還曾指出過，硝化纖維的學(xué)名應(yīng)當(dāng)是“三硝酸纖維酯”，因?yàn)樗抢w維素分子里的羥基跟硝酸發(fā)生酯化反應(yīng)的生成物。同樣理由，硝化甘油是甘油跟硝酸酯化后的產(chǎn)物，應(yīng)當(dāng)叫做“硝酸甘油酯”或“硝酸丙三酯”。它們都是“酯”，不是我們這里所要研究的“硝基化合物”。

【05】那末硝基化合物究竟指的是什么呢？

【06】我們可以把苯跟硝酸反應(yīng)的生成物——硝基苯C?H?NO?——的結(jié)構(gòu)式，跟硝化甘油和硝化纖維的結(jié)構(gòu)式比較一下：

【07】它們的分子結(jié)構(gòu)里，特別是各種原子的排列方面，有哪些相同和不同？這里相同的是它們都含有“—NO?”基團(tuán)。這種基團(tuán)是硝酸分子結(jié)構(gòu)HO—NO?里除去“HO—”后所留下的部分，是個(gè)一價(jià)基團(tuán)，稱為硝基（—NO?）。換句話說，硝基苯、硝化甘油和硝化纖維的相同點(diǎn)是：分子結(jié)構(gòu)里都具有硝基。除了相同點(diǎn)外，更重要的要注意它們的不同點(diǎn)：硝基苯的硝基是直接連在碳原子上的，也就是苯環(huán)上的氫原子被硝基所取代：而硝化甘油或硝化纖維的硝基是通過氧原子連接在碳原子上的，也就是羥基上的氫原子被硝基所取代。由于硝基苯和硝酸酯在結(jié)構(gòu)上有著這樣的差別，所以它們是屬于不同的類別。我們把象硝基苯這樣一類的有機(jī)物，即凡屬分子里含有跟烴基直接相連結(jié)的硝基的有機(jī)物，叫做硝基化合物。引入硝基，使生成硝基化合物的反應(yīng)，叫做硝化反應(yīng)。

【08】表4·1列出硝基化合物和硝酸酯的主要異同點(diǎn)。

【09】苯跟硝酸生成硝基苯的反應(yīng)，就是硝化反應(yīng)；硝基苯就是一種硝基化合物。下面我們就來討論幾種重要的硝基化合物。

硝基苯

【10】硝基苯是重要的硝基化合物之一。它是制造苯胺染料的主要原料。硝基苯可用苯跟硝酸反應(yīng)制造。下述實(shí)驗(yàn)，可以說明它們的反應(yīng)過程：

【11】取試管一支，把它放在盛有冷水的燒杯里。然后注入濃硝酸1毫升，在不斷地振蕩下，小心地逐漸加入濃硫酸2毫升。充分混和后，再隨滴隨搖的逐滴滴入苯1毫升。（這樣做都是為了防止溫度升高。因?yàn)槎N濃酸混和以及苯跟硝酸反應(yīng)都是放熱的。溫度升高，既能使苯揮發(fā)逸去，又能生成大量的副產(chǎn)品)加完后把試管移入熱水浴中加熱，保持水溫在60℃以下（60℃以上，硝酸將發(fā)生分解），并繼續(xù)振蕩，使反應(yīng)完全，直到苯和酸不再分層為止。把生成物倒入另一燒杯的冷水里，靜置片刻，可以看到有淡黃色的油狀物凝集在杯底，并聞到有苦杏仁的氣味。

【12】在這里濃硫酸是脫水劑，當(dāng)苯環(huán)上的一個(gè)氫原子和硝酸分子里的“—OH”結(jié)合成水時(shí)，有濃硫酸存在，就能加速反應(yīng)的速度。反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

【13】硝基苯在工業(yè)上就是根據(jù)上述過程制取的，不過反應(yīng)是在一種專門設(shè)備——硝化器中進(jìn)行的。

【14】硝基苯是一種淺黃色具有苦杏仁味的油狀液體。比水重，不溶于水，易溶于乙醇或乙醚等有機(jī)溶劑中。硝基苯有毒，吸入它的蒸氣或液體沾染在皮膚上被吸收后，都可能造成慢性中毒，在制取或使用時(shí)必須注意安全。

三硝基甲苯

【15】三硝基甲苯，是另一種重要的硝基化合物，俗稱“T.N.T.”【T.N.T.是三硝基甲苯英文名稱Tri-nitro-toluene的縮寫】。把甲苯跟濃硝酸進(jìn)行硝化反應(yīng)（用濃硫酸作為脫水劑），就可以得到黃色針狀的三硝基甲苯晶體。反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

【16】三硝基甲苯的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，用起爆劑引發(fā)時(shí)，能發(fā)生猛烈的爆炸。它是一種烈性炸藥。在制造軍火、筑路、開礦和挖掘隧道等方面，有著廣泛的用途。

習(xí)題4-1

1、說明二氧化氮NO?跟硝基—NO?有什么不同？[提示：從氮的化合價(jià)，以及能否單獨(dú)存在來說明]

2、硝基化合物和硝酸酯在結(jié)構(gòu)上有什么區(qū)別？舉例說明。

3、能不能說：“硝化甘油是甘油硝化反應(yīng)的產(chǎn)物”？為什么？

4、苯跟硝酸進(jìn)行硝化反應(yīng)時(shí)，為什么要用濃硫酸？

5、T.N.T.是什么？寫出它的結(jié)構(gòu)式和簡式。它有什么用途？

6、某有機(jī)物含碳19.67%、氫4.92%、氧52.46%、氮22.95%，它的分子量等于61。求它的分子式。假定它是一種硝基化合物，寫出它的結(jié)構(gòu)式?！?strong>CH?—NO?】